CN115475667A - 微流控芯片及存储系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种微流控芯片及存储系统，微流控芯片包括液路层和气路层，液路层设有至少两个输入通道、至少两个输出通道和至少两个存储腔，每一存储腔分别连通一个输入通道与一个输出通道；气路层设于液路层的下方，气路层设有多个气路通道，每一气路通道设有伸缩区，每一伸缩区与至少一个输入通道或至少一个输出通道对应，伸缩区用于在膨胀时挤压对应的输入通道或输出通道，使对应的输入通道或输出通道阻断，伸缩区还用于在恢复时使对应的输入通道或输出通道导通。在存储DNA溶液时，通过给气路通道充气，使得部分输入通道导通，部分输入通道阻断，使得能够将DNA溶液通过导通的输入通道存储于对应的存储腔中。

Description

微流控芯片及存储系统

技术领域

本申请涉及芯片技术领域，特别涉及一种微流控芯片及存储系统。

背景技术

由于DNA中可能存储的超高信息密度，DNA数据存储的前景吸引了学术界和工业界的广泛关注，人们利用DNA的碱基互补配对原则设计病合成了大量携带信息DNA，借此并在信息存储的不同方面取得了各种进展。但是在现有的平台中，大多数依赖于生物实验室的典型容器(例如试管或小瓶)来存储物理DNA样本，这主要是因为方便和即时可用。然而，要满足数据存储应用的最终需求，DNA本身易被破坏和污染的性质导致其存储将是一个挑战。而相关技术中的DNA存储系统结构比较复杂，且难以使用同一个系统将不同的DAN存储于不同的位置。

发明内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出一种微流控芯片及存储系统，结构简单，且能够将不同的DNA溶液存储于不同的存储腔。

第一方面，本申请实施例提供了一种微流控芯片，包括：

液路层，所述液路层设有至少两个输入通道、至少两个输出通道和至少两个存储腔，每一所述存储腔分别连通一个所述输入通道与一个所述输出通道；

气路层，所述气路层设于所述液路层的下方，所述气路层设有多个气路通道，每一所述气路通道设有伸缩区，每一所述伸缩区与至少一个所述输入通道或至少一个所述输出通道对应，所述伸缩区用于在膨胀时挤压对应的所述输入通道或所述输出通道，使对应的所述输入通道或所述输出通道阻断，所述伸缩区还用于在恢复时使对应的所述输入通道或所述输出通道导通。

根据本申请实施例的微流控芯片，至少具有如下有益效果：本申请实施例的微流控芯片包括液路层和气路层，液路层设有至少两个输入通道、至少两个输出通道和至少两个存储腔，每一存储腔分别连通一个输入通道与一个输出通道；气路层设于液路层的下方，气路层设有多个气路通道，每一气路通道设有伸缩区，每一伸缩区与至少一个输入通道或至少一个输出通道对应，伸缩区用于在膨胀时挤压对应的输入通道或输出通道，使对应的输入通道或输出通道阻断，伸缩区还用于在恢复时使对应的输入通道或输出通道导通。在存储DNA溶液时，给气路通道充气，气路通道充气后伸缩区膨胀以挤压对应的输入通道，以使充气后的伸缩区对应的输入通道阻断，而未通气的气路通道的伸缩区不会膨胀，因此不会挤压对应的输入通道，使得未充气的伸缩区对应的输入通道导通，如此，通过给气路通道充气，使得部分输入通道导通，部分输入通道阻断，使得能够将DNA溶液通过导通的输入通道存储于对应的存储腔中。而在取出DNA溶液时，选择需要提取的DNA溶液所在的存储腔，给除了该存储腔之外的其他存储腔连接的输出通道、输入通道对应的气路通道充气，以使对应的伸缩区膨胀，以阻断其余的输出通道、输入通道，因而只有需要取出DNA溶液的存储腔所连接的输出通道、输入通道是导通的，因此在给输入通道充气时，能够将该存储腔内的DNA溶液通过导通的输出通道排出。

根据本申请第一方面的一些实施例，所述液路层还设有总输出通道，所述总输出通道分别连通每一所述输出通道。

根据本申请第一方面的一些实施例，所述液路层还设有总输入通道，所述总输入通道分别连通每一所述输入通道。

根据本申请第一方面的一些实施例，所述存储腔的长度为4毫米，所述存储腔的宽度为2毫米，所述存储腔的高度为100微米；所述输入通道或所述输出通道的宽度为300微米，所述输入通道或所述输出通道的高度为13微米。

根据本申请第一方面的一些实施例，还包括玻璃基底，所述气路层设于所述玻璃基底上。

根据本申请第一方面的一些实施例，所述伸缩区的横截面积大于对应的所述气路通道的横截面积。

根据本申请第一方面的一些实施例，所述气路通道的宽度为180微米，所述气路通道的高度为15微米，所述伸缩区的宽度为200微米，所述伸缩区的高度为15微米。

根据本申请第一方面的一些实施例，所述液路层与所述气路层均为聚二甲基硅氧烷制品。

第二方面，本申请实施例提供了一种存储系统，包括：

如本申请第一方面任一项实施例所述的微流控芯片。

根据本申请第二方面的一些实施例，还包括：

气泵；

多个电磁阀，所述气泵分别与每个所述电磁阀连通，所述电磁阀与所述气路通道一一对应连接，所述电磁阀用于在打开时使所述气泵向对应的所述气路通道充气，以使对应的所述伸缩区膨胀，所述电磁阀还用于在关闭时使所述气泵停止向对应的所述气路通道充气，以使对应的所述伸缩区恢复。

本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

下面结合附图和实施例对本申请做进一步的说明，其中：

图1为本申请实施例提供的微控流芯片的气路层的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的微控流芯片的液路层的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的微控流芯片的液路层与气路层的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的存储系统的结构框图。

附图标记：

液路层100；存储腔110；输入通道120；输出通道130；总输入通道140；总输出通道150；

气路层200；气路通道210；伸缩区211；

电磁阀300；

气泵400。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本申请的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本申请中的具体含义。

本申请的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

参照图1至图4，本申请实施例提供了一种微流控芯片，微流控芯片包括液路层100和气路层200，液路层100设有至少两个输入通道120、至少两个输出通道130和至少两个存储腔110，每一存储腔110分别连通一个输入通道120与一个输出通道130；气路层200设于液路层100的下方，气路层200设有多个气路通道210，每一气路通道210设有伸缩区211，每一伸缩区211与至少一个输入通道120或至少一个输出通道130对应，伸缩区211用于在膨胀时挤压对应的输入通道120或输出通道130，使对应的输入通道120或输出通道130阻断，伸缩区211还用于在恢复时使对应的输入通道120或输出通道130导通。在存储DNA溶液时，给气路通道210充气，气路通道210充气后伸缩区211膨胀以挤压对应的输入通道120，以使充气后的伸缩区211对应的输入通道120阻断，而未通气的气路通道210的伸缩区211不会膨胀，因此不会挤压对应的输入通道120，使得未充气的伸缩区211对应的输入通道120导通，如此，通过给气路通道210充气，使得部分输入通道120导通，部分输入通道120阻断，使得能够将DNA溶液通过导通的输入通道120存储于对应的存储腔110中。而在取出DNA溶液时，选择需要提取的DNA溶液所在的存储腔110，给除了该存储腔110之外的其他存储腔110连接的输出通道130、输入通道120对应的气路通道210充气，以使对应的伸缩区211膨胀，以阻断其余的输出通道130、输入通道120，因而只有需要取出DNA溶液的存储腔110所连接的输出通道130、输入通道120是导通的，因此在给输入通道120充气时，能够将该存储腔110内的DNA溶液通过导通的输出通道130排出。

可以理解的是，液路层100还设有总输出通道150，总输出通道150分别连通每一输出通道130。

可以理解的是，液路层100还设有总输入通道140，总输入通道140分别连通每一输入通道120。

在一实施例中，可以给每个气路通道210分别通过电磁阀300连接气泵400，在将DNA溶液存储于其中一个存储腔110时，该存储腔110记为目标存储腔110。通过气泵400与电磁阀300，给除了目标存储腔110之外的其余存储腔110连接的输入通道120对应的伸缩区211充气，通过气泵400与电磁阀300给伸缩区211所在的气路通道210充气，从而可以给伸缩区211充气，伸缩区211充气后会膨胀，伸缩区211膨胀后挤压对应的输入通道120，以阻断输入通道120，使得除了目标存储腔110之外的其余存储腔110连接的输入通道120均是阻断的，由于目标存储腔110连接的输入通道120对应的伸缩区211未充气，因此目标存储腔110连接的输入通道120是导通的。此时将DNA溶液注入总输入通道140，由于，只有目标存储腔110连接的输入通道120是导通的，因此能够将DNA溶液从总输入通道140流到目标存储腔110中，从而实现将DNA溶液存储于目标存储腔110中。

而在将DNA溶液从目标存储腔110中提取出来时，给除了目标存储腔110之外的其余存储腔110连接的输入通道120对应的伸缩区211以及输出通道130对应的伸缩区211充气，伸缩区211充气后会膨胀，伸缩区211膨胀后挤压对应的输入通道120与输出通道130，以阻断输入通道120与输出通道130，使得除了目标存储腔110之外的其余存储腔110连接的输入通道120、输出通道130均是阻断的，由于目标存储腔110连接的输入通道120对应的伸缩区211、输出通道130对应的伸缩区211未充气，因此目标存储腔110连接的输入通道120与输出通道130是导通的，此时，通过气泵400向总输入通道140充气，由于只有目标存储腔110连接的输入通道120与输出通道130是导通的，因此，气体通过总输入通道140进入目标存储腔110连接的输入通道120，从而进入目标存储腔110，将目标存储腔110中的DNA溶液通过目标存储腔110连接的输出通道130排出至总输出通道150，再通过总输出通道150排出至微流控芯片的外部，从而实现将DNA溶液从目标存储腔110中提取出来。

需要说明的是，图3为本申请实施例提供的微控流芯片的液路层100与气路层200的结构示意图，图3中只示出了一个气路通道210，但本申请的微控流芯片的气路通道210的数量不是1，图3只是一个示例，并不能理解为对本申请的限定。

需要说明的是，在对气路通道210充气时，气路通道210的伸缩区211膨胀，以挤压对应的输入通道120或输出通道130，以使对应的输入通道120或输出通道130阻断，在停止对气路通道210充气时，气路通道210的伸缩区211恢复至原来的状态，从而不会挤压对应的输入通道120或输出通道130，以使对应的输入通道120或输出通道130导通。

需要说明的是，一个气路通道210可以设有一个或多个伸缩区211，当一个气路通道210只设有一个伸缩区211时，该伸缩区211只对应一个输入通道120或一个输出通道130；当一个气路通道210设有2个伸缩区211时，其中一个伸缩区211对应目标存储腔110连接的输入通道120，则另一个伸缩区211对应目标存储腔110连接的输出通道130；当一个气路通道210设有2个以上的伸缩区211时，每个伸缩区211对应一个输入通道120或输出通道130即可，本申请对具体的对应关系不做限定。

需要说明的是，存储腔110用于存储DNA溶液，还可以用于存储其他溶液，本申请实施例对此不作出限定。

可以理解的是，微流控芯片还包括玻璃基底，气路层200设于玻璃基底上。

可以理解的是，参照图2，存储腔110的长度为4毫米，存储腔110的宽度为2毫米，存储腔110的高度为100微米。

可以理解的是，输入通道120或输出通道130的宽度为300微米，输入通道120或输出通道130的高度为13微米。

可以理解的是，伸缩区211的横截面积大于对应的气路通道210的横截面积。由于气路通道210在充气时也会膨胀，为了实现在给气路通道210在充气时膨胀后不会对液路层100造成影响，且伸缩区211在膨胀时能够挤压对应的输入通道120或输出通道130，因此，使伸缩区211的横截面积大于对应的气路通道210的横截面积，使得伸缩区211膨胀后的体积较大，能够挤压对应的输入通道120或输出通道130，而气路通道210的非伸缩区211部分膨胀后的体积较小，不会影响液路层100。

可以理解的是，参照图1，气路通道210的宽度为180微米，气路通道210的高度为15微米，伸缩区211的宽度为200微米，伸缩区211的高度为15微米。

可以理解的是，液路层100与气路层200均为聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane，PDMS)制品。例如，气路层200可以是厚度为20微米的薄膜状的PDMS。液路层100也为薄膜状的PDMS。本申请对气路层200与液路层100的厚度不做具体限定，本领域技术人员可以根据实际需要设定气路层200与液路层100的厚度。

需要说明的是，本申请对微流控芯片中的存储腔110的具体数量不作出限定，至少2个即可，至少两个存储腔110之间具有一定间隙，例如相邻的存储腔110之间的间距为3.5毫米。

在一些实施例中，微控流芯片的长度为7厘米，宽度为3厘米。

第二方面，参照图4，本申请实施例提供了一种存储系统，包括：

如本申请第一方面实施例任一项的微流控芯片。

由于存储系统包括如本申请第一方面实施例任一项的微流控芯片，因此第一方面所提及到的实施例中的微流控芯片的相应内容同样适用于第二方面所提及到的实施例中的存储系统，并且具有相同的实现原理以及技术效果，为避免描述内容冗余，此处不再详细描述。

可以理解的是，存储系统还包括：

气泵400；

多个电磁阀300，气泵400分别与每个电磁阀300连通，电磁阀300与气路通道210一一对应连接，电磁阀300用于在打开时使气泵400向对应的气路通道210充气，以使对应的伸缩区211膨胀，电磁阀300还用于在关闭时使气泵400停止向对应的气路通道210充气，以使对应的伸缩区211恢复。

在将DNA溶液存储于其中一个存储腔110时，该存储腔110记为目标存储腔110。通过气泵400与电磁阀300，给除了目标存储腔110之外的其余存储腔110连接的输入通道120对应的伸缩区211充气，通过气泵400与电磁阀300给伸缩区211所在的气路通道210充气，从而可以给伸缩区211充气，伸缩区211充气后会膨胀，伸缩区211膨胀后挤压对应的输入通道120，以阻断输入通道120，使得除了目标存储腔110之外的其余存储腔110连接的输入通道120均是阻断的，由于目标存储腔110连接的输入通道120对应的伸缩区211未充气，因此目标存储腔110连接的输入通道120是导通的。此时将DNA溶液注入总输入通道140，由于，只有目标存储腔110连接的输入通道120是导通的，因此能够将DNA溶液从总输入通道140流到目标存储腔110中，从而实现将DNA溶液存储于目标存储腔110中。

而在将DNA溶液从目标存储腔110中提取出来时，通过控制电池阀，给除了目标存储腔110之外的其余存储腔110连接的输入通道120对应的伸缩区211以及输出通道130对应的伸缩区211充气，伸缩区211充气后会膨胀，伸缩区211膨胀后挤压对应的输入通道120与输出通道130，以阻断输入通道120与输出通道130，使得除了目标存储腔110之外的其余存储腔110连接的输入通道120、输出通道130均是阻断的，由于目标存储腔110连接的输入通道120对应的伸缩区211、输出通道130对应的伸缩区211未充气，因此目标存储腔110连接的输入通道120与输出通道130是导通的，此时，通过气泵400向总输入通道140充气，由于只有目标存储腔110连接的输入通道120与输出通道130是导通的，因此，气体通过总输入通道140进入目标存储腔110连接的输入通道120，从而进入目标存储腔110，将目标存储腔110中的DNA溶液通过目标存储腔110连接的输出通道130排出至总输出通道150，再通过总输出通道150排出至微流控芯片的外部，从而实现将DNA溶液从目标存储腔110中提取出来。

可以理解的是，在另一些实施例中，还包括控制器(图中未示出)，控制器与气泵400以及每一个电磁阀300连接，用于控制电磁阀300的开启或关闭。

可以理解的是，在一些实施例中，控制器将气泵400输出的气体分流成近20股，每一股单独和一个电磁阀300相对应，并每一个电磁阀300设有编号，且控制器与电脑连接，电脑屏幕能够显示电磁阀300对应的编号并设有对应的按钮，通过点击电脑屏幕上的编号按钮指定对应的电磁阀300打开，气体会进入微流控芯片中指定的伸缩区211所在的气路通道210，从而可以给伸缩区211充气，伸缩区211充气后会膨胀，伸缩区211膨胀后挤压对应的输入通道120，以阻断对应的输入通道120。

上面结合附图对本申请实施例作了详细说明，但是本申请不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本申请宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (10)

1.一种微流控芯片，其特在于，包括：

液路层，所述液路层设有至少两个输入通道、至少两个输出通道和至少两个存储腔，每一所述存储腔分别连通一个所述输入通道与一个所述输出通道；

气路层，所述气路层设于所述液路层的下方，所述气路层设有多个气路通道，每一所述气路通道设有伸缩区，每一所述伸缩区与至少一个所述输入通道或至少一个所述输出通道对应，所述伸缩区用于在膨胀时挤压对应的所述输入通道或所述输出通道，使对应的所述输入通道或所述输出通道阻断，所述伸缩区还用于在恢复时使对应的所述输入通道或所述输出通道导通。

2.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述液路层还设有总输出通道，所述总输出通道分别连通每一所述输出通道。

3.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述液路层还设有总输入通道，所述总输入通道分别连通每一所述输入通道。

4.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述存储腔的长度为4毫米，所述存储腔的宽度为2毫米，所述存储腔的高度为100微米；所述输入通道或所述输出通道的宽度为300微米，所述输入通道或所述输出通道的高度为13微米。

5.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，还包括玻璃基底，所述气路层设于所述玻璃基底上。

6.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述伸缩区的横截面积大于对应的所述气路通道的横截面积。

7.根据权利要求6所述的微流控芯片，其特征在于，所述气路通道的宽度为180微米，所述气路通道的高度为15微米，所述伸缩区的宽度为200微米，所述伸缩区的高度为15微米。

8.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述液路层与所述气路层均为聚二甲基硅氧烷制品。

9.一种存储系统，其特征在于，包括：

如权利要求1至8任一项所述的微流控芯片。

10.根据权利要求9所述的存储系统，其特征在于，还包括：

气泵；

多个电磁阀，所述气泵分别与每个所述电磁阀连通，所述电磁阀与所述气路通道一一对应连接，所述电磁阀用于在打开时使所述气泵向对应的所述气路通道充气，以使对应的所述伸缩区膨胀，所述电磁阀还用于在关闭时使所述气泵停止向对应的所述气路通道充气，以使对应的所述伸缩区恢复。

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